高效保溫隔熱節(jié)能、防火阻燃聚氨酯材料的相關(guān)技術(shù)研究

劉建麟 陳少東 黎明煌

【摘 要】文章介紹了廣西吉順能源科技有限公司對高效保溫隔熱節(jié)能、防火阻燃聚氨酯材料的技術(shù)研究，針對市場上現(xiàn)有保溫材料的保溫隔熱性能差、夏熱冬冷、能耗大等問題研究聚氨酯材料保溫節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】聚氨酯;保溫;節(jié)能

【中圖分類號】TQ314 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0047-03

0 引言

廣西吉順能源科技有限公司迎合市場需求，通過技術(shù)創(chuàng)新，對傳統(tǒng)的聚氨酯保溫材料進行升級改造，提高其性價比，并針對一些技術(shù)問題進行解決和突破。傳統(tǒng)的聚氨酯白料在反應(yīng)釜制造過程中，存在進料配比誤差較大、化學材料反應(yīng)不徹底、反應(yīng)不均勻等現(xiàn)象，導致制備得的材料性能較差、質(zhì)量不好等問題。為了達到原料精確配比的目的，我們同時采用進料控制閥實現(xiàn)控制，流量檢測器檢測流量，誤差極大減小。同時，我們對反應(yīng)釜內(nèi)部的攪拌器進行全新的改進設(shè)計，制得的白料性能與質(zhì)量都獲得較大的提升。

1 市場需求

我國的建筑節(jié)能標準最早是30%，后來提升到50%，部分城市如上海、北京的節(jié)能標準更是要求達到65%。國家相關(guān)部門、各地方高度重視，對房地產(chǎn)、建筑行業(yè)進行了重點部署，出臺相關(guān)政策，甚至對不達標的建筑不予通過審核。

目前，市場急需一些性價比高、實用價值大的保溫節(jié)能建材產(chǎn)品。傳統(tǒng)的保溫節(jié)能建材產(chǎn)品，如玻璃棉板，它的導熱系數(shù)在0.038以下;聚苯乙烯泡沫保溫板的保溫隔熱性能較差，平均導熱系數(shù)在0.039以下，而且該材料經(jīng)常出現(xiàn)開裂和保溫層脫落的情況，強度較低，極大地降低了它的保溫隔熱性能。再加上聚苯乙烯泡沫屬于易燃、有毒材料，普通的聚苯乙烯泡沫保溫板容易燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙霧中有毒性。傳統(tǒng)的保溫節(jié)能等產(chǎn)品會出現(xiàn)各種各樣較大的缺陷，已被市場逐漸淘汰。

現(xiàn)在市場上，保溫隔熱性能最好的建材之一當屬聚氨酯產(chǎn)品，而廣西吉順能源科技有限公司研發(fā)的聚氨酯產(chǎn)品，在保溫隔熱、防火阻燃等性等指標方面，都要求達到或超過國家標準，安全性得到極大保障。產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程無毒、無害，均符合綠色環(huán)保要求。目前，保溫材料行業(yè)發(fā)展速度很快，利潤可觀，市場需求也很大，前景廣闊。

2 研究內(nèi)容

在廣西吉順能源科技有限公司自主研發(fā)已申報國家發(fā)明專利等自有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過配方優(yōu)化研究、材料調(diào)制體系研究，研制一種具備優(yōu)異保溫隔熱性能、黏結(jié)性能、防火阻燃性能等的聚氨酯預(yù)制板。該聚氨酯預(yù)制板上下層為彩鋼板，中間為夾芯層發(fā)泡聚氨酯，采用高密度硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡填充縫隙技術(shù)，不會產(chǎn)生裂縫和空鼓等現(xiàn)象，有效防止雨水滲透的同時，還可避免熱橋現(xiàn)象的產(chǎn)生，保溫節(jié)能效果優(yōu)異，其保溫隔熱性能是具有較大縫隙的聚苯乙烯泡沫保溫板的3倍以上;產(chǎn)品技術(shù)指標達到或超過國家標準，平均導熱系數(shù)≤0.024[W/（m·K）];該產(chǎn)品防火阻燃等級達到B2等級，燃燒時無空中漂浮顆粒，遇到明火會很快自熄;采用在線自動操作混合澆注技術(shù)，模具一次性成型，生產(chǎn)效率高;采用吊裝拼裝技術(shù)，施工快速，并且采用高密度硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡填充縫隙技術(shù)，有效避免冷熱橋現(xiàn)象的產(chǎn)生;通過不斷的生產(chǎn)工裝設(shè)備優(yōu)化，制作生產(chǎn)工藝完善提高，優(yōu)化簡化生產(chǎn)步驟，減少人工，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、肉制品生產(chǎn)廠、食品加工廠、發(fā)電廠、機庫、展覽館、體育館、倉庫、棚架屋頂?shù)葓鏊?/p>

2.1 聚氨酯預(yù)制板的結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)制板是在預(yù)制場生產(chǎn)加工成型的預(yù)制件，在施工現(xiàn)場可直接組裝。該預(yù)制板雙面采用高阻燃、抗氧化、耐腐蝕的彩鋼板，彩鋼板是帶有有機涂層的鋼板，具有耐蝕性好、加工成型方便及有鋼板的強度等優(yōu)點，而且成本低，中間夾芯層由硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡組成，預(yù)制板兩端分別設(shè)置卡扣凹槽和相應(yīng)的凸塊，多個預(yù)制板借助凹槽和凸塊的插接方式相連接，再將扣帽扣在連接處，這樣的拼裝接口結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝更加快速且高效。同時，預(yù)制板上面采用獨特的防水槽設(shè)計，有效防止雨水滲漏，并避免了熱橋現(xiàn)象。

2.2 聚氨酯預(yù)制板新型配方技術(shù)研究

優(yōu)選原材料，調(diào)整分量匹配，通過不斷的實驗，獲得一種保溫聚氨酯材料，使得其具備優(yōu)異的保溫隔熱等性能。該預(yù)制板中間夾芯層所應(yīng)用的聚氨酯材料采用廣西吉順能源科技有限公司核心專利技術(shù)，并通過添加新型催化劑、輔助添加劑等材料，其組成的主要組分及比例如下：聚氨酯預(yù)聚體45～55份、長鏈聚醚類物質(zhì)35～50份、異氰酸酯35～50份、阻燃劑5～10份、成膜助劑1～3份、鋁酸酯偶聯(lián)劑0.7～1.0份、空心玻璃微珠30～40份、礦物纖維10～30份、金紅石型鈦白粉10～30份、膨潤土8～10份等組成。

各種無機粉體經(jīng)鋁酸鹽偶聯(lián)劑活化改性后，表面的化學或物理化學作用產(chǎn)生有機分子層，使無機粉體由親水性向有機友好性轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明，用鋁酸鹽偶聯(lián)劑對無機粉體進行表面改性，可用于復(fù)合材料制品中。偶聯(lián)劑的無機端和有機端分別與無機填料和有機樹脂表面反應(yīng)或纏結(jié)。提高了無機粉體與有機樹脂的界面相容性。因此，用鋁酸鹽偶聯(lián)劑進行改性，不僅提高了無機粉填充塑料制品的加工性能，而且顯著改善了制品的物理力學性能，降低了制品的吸水率和吸油率，使填料均勻分布。對于一些低填充量的塑料制品，可以大大增加填充量（增加或超過原來的填充量），提高加工性能（降低熔體黏度和模具磨損），提高質(zhì)量，降低產(chǎn)量，具有明顯的經(jīng)濟效益。

中空玻璃微珠的平均粒徑為500～1 200 nm，它們是經(jīng)過特殊處理的玻璃珠，其主要特點是密度小于玻璃微珠，導熱性較差。中空玻璃微珠具有抗壓強度高、熔點高、電阻率高、導熱系數(shù)小、熱收縮系數(shù)小等特點，具有親油性和疏水性，易在聚氨酯等有機材料中分散。中空玻璃微珠具有最小的比表面積和較低的吸油率，可以大大減少材料中其他生產(chǎn)成分的使用。中空玻璃珠的表面更耐化學腐蝕，對光有反射作用。因此，該材料具有防污染、防腐蝕、防紫外線、防黃變、防劃傷等功能。該中空玻璃微球排列緊密，氣體稀薄，導熱系數(shù)低，具有良好的隔熱效果。中空玻璃微珠還可以有效地提高材料的流動性和流平性。其中，所含氣體具有良好的抗寒性和抗熱收縮性，從而增強了材料的彈性，大大減少了材料熱膨脹和收縮引起的開裂和脫落。在高填充量的前提下，材料的黏度不會明顯增加，因此可以減少溶劑的使用，從而減少材料使用過程中有毒氣體的排放，有效降低揮發(fā)性有機化合物指數(shù)。

礦物纖維是從礦物巖石的纖維結(jié)構(gòu)中獲得的，其主要成分是各種氧化物，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等，材料中使用的礦物纖維是天然阻燃劑——氧化鎂礦物或富鎂硅酸鹽礦物纖維，具有良好的化學穩(wěn)定性、耐磨性、耐水性等特點，它增加了漆膜的厚度，提高了漆膜的力學性能，并能起到耐久、防腐、隔熱、消光等作用。

金紅石型鈦白粉的主要成分是二氧化鈦，在涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。二氧化鈦是一種多晶化合物，其顆粒排列規(guī)則，具有點陣結(jié)構(gòu)。二氧化鈦相對密度小，用二氧化鈦制成的材料色澤鮮艷，遮蓋力高，著色力強，消耗少，品種多，它能保護介質(zhì)的穩(wěn)定性，提高機械強度和附著力，防止裂縫、紫外線和濕氣滲透，延長使用壽命。

膨潤土因其特殊的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和低廉的價格，在建材工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。膨潤土中的蒙脫石可以與材料中的有機物交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加材料的稠度，提高其懸浮和抗沉降性能，因此可以用作無機增稠劑和懸浮抗沉降劑;由于其良好的附著力和遮蓋性，因此在材料制備過程中可以部分取代成膜物質(zhì)作為輔助黏結(jié)劑;膨潤土一旦形成有機化合物，脫水后會變得疏水，從而提高材料的耐水性和耐洗性。

使用該新型配方技術(shù)，使得該預(yù)制板具有優(yōu)異的保溫隔熱性能、黏結(jié)性能、抗氧化老化性能等，與市場上的聚乙烯保溫板產(chǎn)品相比，它的黏結(jié)性能更好，與上下雙面彩鋼板緊密結(jié)合，毫無縫隙產(chǎn)生，其保溫隔熱性能可以達到具有較大縫隙的聚苯乙烯泡沫保溫板的3倍以上。

2.3 聚氨酯預(yù)制板防火阻燃技術(shù)的研究

通過研究試驗各類型阻燃試劑，優(yōu)化配比分量，解決市場聚氨酯產(chǎn)品防火阻燃性能差問題。傳統(tǒng)的聚氨酯預(yù)制板市場推廣較為緩慢，主要的問題之一是其較差的防火阻燃性能。有些傳統(tǒng)的聚氨酯預(yù)制板燃燒時，會不停地釋放黑煙，并且散發(fā)嗆鼻的氣味，空中還漂浮著黑色的小顆粒，阻燃性能差。針對這個關(guān)鍵問題，廣西吉順能源科技有限公司組建技術(shù)攻關(guān)小組，通過優(yōu)化配比及試驗各類型阻燃試劑，最終突破技術(shù)難點，使得其阻燃性能達到B2級難燃等級，燃燒時無空中漂浮顆粒，遇到明火會很快自熄，安全得到極大的保障。

2.4 聚氨酯預(yù)制板一次性模具成型技術(shù)研究

研究聚氨酯預(yù)制板一次性模具成型技術(shù)，以及如何優(yōu)化制作工藝，提高生產(chǎn)效率。該預(yù)制板的制作工藝技術(shù)采用在線自動操作混合澆注技術(shù)，首先是在最下層放置好彩鋼板，然后通過多個均勻分布的聚氨酯噴頭，快速澆注聚氨酯，最后利用該材料的超強黏性，通過層壓機，在保壓保溫的狀態(tài)下，產(chǎn)品模具一次性成型。相比傳統(tǒng)的聚苯乙烯泡沫保溫板，它不需要添加其他的輔助黏合劑材料，通過自動控制系統(tǒng)，可一次性完成硬泡聚氨酯澆注發(fā)泡技術(shù)，而且發(fā)泡質(zhì)量好，不會產(chǎn)生空鼓、縫隙等現(xiàn)象，密度均勻。該生產(chǎn)制造工藝不僅節(jié)省人工，還提高了生產(chǎn)效率。

2.5 聚氨酯預(yù)制板高效施工安裝技術(shù)

該聚氨酯預(yù)制板采用拼裝裝配技術(shù)，大量減少基礎(chǔ)工程和結(jié)構(gòu)工程建設(shè)費用，且能多次拆裝，施工安裝靈活方便，而只需要做好最基本的鋼架結(jié)構(gòu)固定。然后采用輕型機器，通過吊裝方法，完成對該聚氨酯預(yù)制板的拼裝，這樣的施工不僅高效，而且與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)施工相比，減少了人工，降低成本。拼裝完成后，針對縫隙問題，我們采用聚氨酯均勻噴涂發(fā)泡技術(shù)，對該縫隙進行填充高密度聚氨酯;如果使用傳統(tǒng)的用鐵釘敲打固定安裝方法，時間久了鐵釘就會生銹，進而產(chǎn)生漏水并且會極大降低保溫隔熱性能。通過聚氨酯發(fā)泡填充縫隙，真正達到整體無縫空隙、保溫防水一體化，有效避免漏水，以及內(nèi)外界熱量互相散發(fā)或傳導等情況發(fā)生，保溫防水性能大幅提高。

3 結(jié)語

廣西吉順能源科技有限公司將聚氨酯材料和外墻保溫工程結(jié)合為主要研究對象，以自有技術(shù)為基礎(chǔ)著力研究提升聚氨酯綜合材料性能及規(guī)范外墻保溫施工操作的關(guān)鍵技術(shù)，解決聚氨酯材料性能較單一、發(fā)泡質(zhì)量差及施工技術(shù)不專業(yè)難題。研究的技術(shù)可廣泛應(yīng)用于建筑物外墻、冷庫、恒溫室、糧庫、食品儲藏、海鮮冷凍、蔬菜水果儲藏、家用電器節(jié)能等方面。促進了廣西聚氨酯綠色建筑材料的研發(fā)應(yīng)用及建筑產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和我國建筑節(jié)能基本國策的落實，對企業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用。

參 考 文 獻

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